光速真的不可超越嗎?科學家在超光速現象中發現了奇妙的藍光!

2020-12-04 科羅萬象

如果有人和你說:「光速是不可超越的,光速是最快的速度,沒有任何物質的速度比光速快」,諸如此類的話術,那麼他一定對科學了解的不夠全面。

實際上超光速的現象非常多,愛因斯坦在狹義相對論中所說的是「真空環境下,不可能有物體的移動速度超過光速」。

而在非真空環境下是可以發生超光速現象的,並不違背任何科學理論。並且一旦發生超光速的現象還會產生一種神秘的藍色光輝,我們稱這種現象為藍輝光的切倫科夫輻射,1958年的諾貝爾物理學獎正是頒給了發現這個現象和解釋這個現象的三名科學家。

想超光速很簡單,在液態的介質中就可以做到,例如:水的折射率是1.33,折射率的定義就是光在真空中傳遞速度和在介質中傳遞速度的比值,那麼光在水中的傳播速度就變成了0.75c,只要讓粒子在這個環境下超過0.75c,就實現了超光速。

先將反應器置於水中注入光線覆蓋容器內部,再在反應器內部通過電磁場或核反應來加速帶電粒子,一旦帶電粒子在充滿光子的反應器內被加速超過了光子的速,就會發出淡藍色的光輝,這個現象也被稱為光爆。要解釋光爆,大家必須先了解「音爆」。

所謂的音爆就是超音速飛機在飛行過程中,速度超過了聲音傳播的速度340m/s,這時空氣被迅速擠壓,機身與空氣擠壓產生的音波傳遞速度又比飛機飛行速度慢,導致音波一直堆積在飛機頭部後面,因此會產生一種圓錐狀的弓形激波界面,這個看起來像雲霧一樣的界面實際上匯聚了大量的音波能量,低空飛行狀態下的音爆現象足以震碎居民樓的玻璃,發出震耳欲聾的爆破聲。

如果音爆現象是聲音疊加產生的震蕩波,那麼光爆現象(藍光切倫科夫輻射)就是光子疊加在一起所產生的震蕩波。在充滿光線的水環境中,帶電粒子被加速到超過光速(0.75c),這時帶電粒子將光子擠壓,我們都知道光不僅僅是一種粒子,它還是一種波,因為光具有波粒二象性。

這時就相當於光波被壓縮了,同相位光波之間發生幹涉振動幅度增加,光波的能量會增強,而能量又與光的頻率成正比,相當於被擠壓的光子頻率變大了,所以向外輻射人眼不可見的紫外線,而在可見波段會產生藍光和紫光輻射,這就是我們人眼看到藍輝光的原因了。

切倫科夫輻射是在非真空環境下發生的超光速現象,真空環境下其實也有其它超光速的現象。

我們再回味下愛因斯坦所說的「真空環境下,不可能有物體的移動速度超過光速」。真空環境下確實不可能有超光速的物質,但真空環境下可以有超光速的速度。

愛因斯坦所說的真空環境中不可以有超光速的物質,指的是攜帶信息的物質不可能在真空環境下超過光速;不攜帶信息的物質是可以在真空環境中超過光速的。因此我們也稱:真空環境下,可以有超光速的速度,但不可能有超光速的物質!

最典型的例子就是量子糾纏現象,這是一種比光速還快的幾乎是瞬間同步的速度,中國的潘建偉教授在5年前的量子隱形態研究中測出了量子糾纏的速度比光速至少高了4個量級,也就是說量子糾纏速度比光速快了1萬倍,這是不攜帶信息的速度,完全符合愛因斯坦的光速極限理論。除此以外,科學家還認為宇宙膨脹的速度是超光速的,宇宙膨脹是空間的膨脹,並沒有包含物質信息的傳遞移動,依然不違反科學規律。

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